Dati di prove su FRCM: la norma c’è ma alcuni produttori non sono ancora pronti. Cosa possono fare i progettisti?

Gli FRCM sono compositi fibrorinforzati a matrice inorganica utilizzati per rinforzare strutture come travi, pilastri, pareti anche in muratura etc attraverso l’impiego di reti in fibra con supporto di malte. Le indicazioni CNR-DT 215, che ne normano il calcolo, comportano alcune novità per i produttori, i quali però, non tutti, hanno messo a disposizione i dati delle prove richieste dalla normativa.

La diffusione dei sistemi di rinforzo per strutture FRCM

Negli ultimi anni, anche a seguito degli eventi sismici che hanno interessato Umbria, Marche, Abruzzo ed Emilia si è assistito ad un diffuso utilizzo di sistemi di rinforzo di strutture esistenti in muratura mediante l’impiego di materiali compositi realizzati con matrici organiche o inorganiche e fibre di varia natura. Esse hanno il vantaggio di una resistenza molto elevata rispetto al peso e quindi di un modesto impatto dimensionale.
In questi anni, per certi ambiti, si è assistito inoltre ad un progressivo abbandono dei sistemi FRP (compositi a matrice organica) per l’impiego dei quali esiste da tempo una normativa dedicata (CNR-DT200/2004 e successivi aggiornamenti) a favore dei sistemi FRCM (compositi a matrice inorganica) per i quali solo recentemente sono state proposte norme per l’impiego (CNR- DT 215/2018, Linea Guida per la progettazione, l’esecuzione e la manutenzione di interventi di consolidamento strutturale mediante l’utilizzo di sistemi di rinforzo FRCM C.S.LL.PP ottobre 2019).

>> Linee Guida per Identificazione, Qualificazione e Controllo "FRCM" per il consolidamento: il testo approvato
>> FRCM: approvata la linea guida per la progettazione, esecuzione e manutenzione di interventi di consolidamento

Il motivo alla base della preferenza dei sistemi FRCM rispetto ai sistemi FRP va ricercato nella prudente natura conservatrice dei progettisti strutturali che, alle prese con una attività che purtroppo si presta a possibili continui errori ed imprevisti, preferisce materiali consolidati nel tempo, come l’utilizzo di malte di più facile utilizzo da parte degli operatori del settore, rispetto ad altri meno sperimentati e intuitivi, ove c’è la necessità di maestranza altamente specializzata. Il connubio muratura-intonaco è sperimentato con successo da millenni; non lo stesso si può dire per l’unione muratura-resine.
Le malte sicuramente garantiscono maggiore permeabilità al vapore, migliore resistenza alle alte temperature, tempi d’intervento ridotti e costi inferiori. Esso va applicato su superfici murarie anche bagnate senza particolari predisposizioni delle stesse e non richiede quindi specifiche qualifiche del personale addetto. Queste caratteristiche, oltre alla semplicità della messa in pristino, contribuiscono a determinare parere favorevole ai sistemi FRCM da parte delle Soprintendenze in caso di rinforzo di murature da esse tutelate.

Per i motivi di cui sopra l’impiego di sistemi FRCM nella pratica professionale ha preceduto la emanazione delle normative specifiche ad essi dedicate. Una frase del CNR-DT 200/2004 al punto 2.2.3.3 Altre tipologie di resine “Vanno infine ricordate le matrici di natura inorganica (cementizie, metalliche, ceramiche, ecc.) il cui utilizzo per la realizzazione di composti fibrorinforzati in campo civile sta progressivamente diffondendosi. Pur non essendo esaminate nel presente documento, il loro impiego è tuttavia ritenuto possibile a condizione che risulti suffragato da una documentazione tecnica e da una campagna sperimentale adeguate, comprovanti un’efficacia almeno pari a quella delle matrici organiche qui trattate” ha nei fatti permesso l’impiego dei sistemi FRCM prima della emanazione di CNR- DT 215/2018. Anche in questo caso le carenze normative hanno comportato nuove assunzioni di responsabilità da parte di progettisti e direttori dei lavori.

Prove richieste: le differenze tra CNR-DT200 R1/2013 e CNR-DT 215/2018

Analizziamo sinteticamente le differenze tra CNR-DT 200 R1/2013 (ultima versione delle istruzioni) e CNR-DT 215/2018 per quanto riguarda i tassi di lavoro ammissibili dei sistemi di rinforzo.

CNR-DT215 prevede 6 meccanismi possibili di crisi del rinforzo che sono riassunti nella figura:

A. il distacco con rottura coesiva del supporto del rinforzo; 

B. il distacco all’interfaccia matrice-supporto; 

C. il distacco all’interfaccia matrice-tessuto; 

D. lo scorrimento del tessuto nella matrice; 

E. lo scorrimento del tessuto e fessurazione dello strato di malta più esterno; 

F. la rottura a trazione del tessuto.

Data la molteplicità di meccanismi di rottura secondo CNR-DT 215 “è necessario che la caratterizzazione meccanica includa, oltre alla prova di trazione del sistema FRCM e del tessuto senza matrice inorganica, anche la prova di distacco dal supporto, ed eventuali altre prove appropriate, in relazione alle caratteristiche specifiche del sistema”.

In pratica CNR-DT 215 prevede che i produttori e/o i costruttori eseguano prove per ogni specifico sistema FRCM e per i supporti codificati come standard in termini di tipologie e resistenza (calcestruzzo, muratura in mattoni, tufo e pietrame) ricavando da queste prove la tensione limite convenzionale σ_lim,conv e quindi la deformazione limite convenzionale ε_lim,conv = σ_lim,conv/E_f  interfacciando i risultati della prova di aderenza con il supporto con quelli ottenuti dalla prova di pura trazione diretta della rete non impregnata.
La deformazione di progetto è data dal minore di due termini: 

ε_fd = min{η_a*ε_fu/γ_m , η_a*α *ε_lim,conv/γ_m}

con:

η_a fattore di conversione ambientale per le varie condizioni di esposizione e per le diverse fibre
α coefficiente di amplificazione da assumere pari a 1.5 in caso di distacco intermedio
γ_m fattore parziale del materiale da assumere pari a 1.5 per gli stati limite ultimi
ε_fu valore caratteristico della tensione ultima di rottura del tessuto 

Secondo CNR-DT 200 la deformazione massima attribuibile al rinforzo in FRP ε_fd è data dal minore di due termini: 

ε_fd = min{η_a*ε_fk/γ_f , ε_fdd}

Il primo termine η_a*ε_fk/γ_f limita la dilatazione di progetto alla deformazione ultima della fibra attraverso il fattore di conversione ambientale η_a ed il coefficiente parziale per i materiali γ_f = γ_m. 

Il meccanismo controllato dal primo termine coincide quindi con il meccanismo di rottura “F” previsto da CNR-DT 215.

Il secondo termine limita la deformazione di progetto ε_fdd = f_fdd,2/E_f alla verifica nei riguardi di un distacco dal supporto che coinvolge lo strato superficiale della muratura; esso dipende dalle caratteristiche della fibra e da quelle del materiale del supporto. Queste ultime sono quantificate dalla energia specifica di frattura Γ_Fd che nel caso di applicazioni estese all’intera superficie muraria come spesso avviene nel caso dei sistemi FRCM è legata principalmente alla resistenza a compressione e a trazione dei blocchi di cui è costituita la muratura e non della muratura nel suo complesso. Il meccanismo controllato dal secondo termine coincide con il meccanismo “A” previsto da CNR-DT 215.

CNR-DT 200 non considera quindi i meccanismi di rottura da “B” a “E” previsti da CNR-DT 215.

A seguito di una ricerca in rete al momento della stesura della presente nota abbiamo riscontrato che un solo produttore nazionale espone per la sua gamma di sistemi di rinforzo SRG e FRCM e per alcune tipologie di supporto (calcestruzzo, muratura in laterizio e tufo) i valori di ε_lim,conv come richiesti da CRN-DT 215, tramite certificazione ETA.

Cosa suggerire quindi ad un progettista intenzionato ad utilizzare rinforzi FRCM? 

La scelta più ovvia è di utilizzare sistemi per i quali il produttore fornisca i dati di prova richiesti dalla norma.
Se invece il progettista desidera impiegare un sistema di cui si fida perché già utilizzato con successo per il quale però il produttore non fornisce ancora i dati di prova richiesti dalla norma ha due possibilità in dipendenza anche della importanza dell’intervento:

• utilizzare il valore ε_fd ricavato con CNR-DT 200 come avveniva prima della pubblicazione di CND-DT 215
• o eseguire le prove previste dalla norma e ricavare il valore di ε_lim,conv.

In Sismicad funzionalità di verifica dei rinforzi FRCM nel rispetto di CNR-DT 215 

Consapevoli della attuale situazione di transizione verso la nuova normativa che richiede dati non sempre disponibili abbiamo predisposto in Sismicad, delle funzionalità di verifica dei rinforzi FRCM nel rispetto di CNR-DT 215 che consente di utilizzare se disponibile la ε_lim,conv o, in alternativa, di valutare la ε_fd secondo CNR-DT 200.

È da augurarsi che quanto prima tutti i produttori si adeguino alle richieste della norma non fosse altro che per evitare indebite assunzioni di responsabilità da parte di progettisti e direttori dei lavori.